LÝ THUYẾT - SÁCH HÌNH ĐỘNG
LỚP 11·10 / 2026

VG · 0140 phút

Vectơ trong không gian

Quy tắc hình hộp

Cần học trướcVT · 02 · Tổng và hiệu của hai vectơVT · 03 · Tích của vectơ với một sốVT · 05 · Tích vô hướng của hai vectơ

Mục tiêu

  • Dùng quy tắc ba điểm, quy tắc hình bình hành, quy tắc hình hộp, hệ thức trọng tâm (tam giác, tứ diện) để biến đổi và phân tích vectơ trong hình.
  • Nhận biết và chứng minh ba vectơ đồng phẳng.
  • Tính độ dài đoạn thẳng, góc và kiểm tra vuông góc bằng tích vô hướng trong không gian.

Khởi động

Một chiếc drone bay từ góc sàn lớp học lên góc đối diện của trần nhà: nó đi về phía trước, sang bên phải rồi bay lên. Ba quãng đường ấy không nằm trong cùng một mặt phẳng, nhưng vectơ tổng của chúng vẫn là một mũi tên duy nhất nối điểm xuất phát với điểm đến. Đó là ý của quy tắc hình hộp: trong không gian, ba vectơ "không đồng phẳng" đủ để mô tả mọi dịch chuyển.

ABCDA'B'C'D'abc
Quy tắc hình hộp: ba vectơ AB, AD, AA' nối đuôi nhau cho đường chéo AC'.

01Kiến thức cần nhớ

1. Vectơ trong không gian

Vectơ trong không gian được định nghĩa y như trong mặt phẳng: đoạn thẳng có hướng, có độ dài; hai vectơ bằng nhau khi cùng hướng, cùng độ dài; 0⃗\vec 0 có điểm đầu trùng điểm cuối. Phép cộng, trừ, nhân với số cũng giống hệt; mọi quy tắc đã biết vẫn đúng.

  • Quy tắc ba điểm: AB→+BC→=AC→\overrightarrow{AB} + \overrightarrow{BC} = \overrightarrow{AC}; AB→=OB→−OA→\overrightarrow{AB} = \overrightarrow{OB} - \overrightarrow{OA} với OO tuỳ ý.
  • Quy tắc hình bình hành: ABCDABCD là hình bình hành thì AB→+AD→=AC→\overrightarrow{AB} + \overrightarrow{AD} = \overrightarrow{AC}.
  • Trung điểm MM của ABAB: OA→+OB→=2OM→\overrightarrow{OA} + \overrightarrow{OB} = 2\overrightarrow{OM} với OO tuỳ ý.

2. Quy tắc hình hộp

Nhớ: ba cạnh xuất phát từ cùng một đỉnh cộng lại cho đường chéo hộp xuất phát từ đỉnh đó. Chứng minh: AB→+AD→=AC→\overrightarrow{AB} + \overrightarrow{AD} = \overrightarrow{AC} (hình bình hành ABCDABCD), rồi AC→+AA′→=AC′→\overrightarrow{AC} + \overrightarrow{AA'} = \overrightarrow{AC'} (hình bình hành ACC′A′ACC'A').

Trong hình hộp, các cạnh song song bằng nhau là các vectơ bằng nhau: AA′→=BB′→=CC′→=DD′→\overrightarrow{AA'} = \overrightarrow{BB'} = \overrightarrow{CC'} = \overrightarrow{DD'}, AB→=DC→=A′B′→\overrightarrow{AB} = \overrightarrow{DC} = \overrightarrow{A'B'}, AD→=BC→=B′C′→\overrightarrow{AD} = \overrightarrow{BC} = \overrightarrow{B'C'}.

ABCDA'B'C'D'abc
Quy tắc hình hộp: ba vectơ AB, AD, AA' nối đuôi nhau cho đường chéo AC'.
Tương tácQuy tắc hình hộp

Kéo B, D, A' trên ba thanh: hình hộp đổi hình nhưng ba vectơ xanh nối đuôi nhau luôn kết thúc đúng ở C'. Xoay hình để thấy đường chéo AC'.

3. Trọng tâm

  • Tam giác ABCABC có trọng tâm GG: GA→+GB→+GC→=0⃗\overrightarrow{GA} + \overrightarrow{GB} + \overrightarrow{GC} = \vec 0; với OO tuỳ ý, OG→=13(OA→+OB→+OC→)\overrightarrow{OG} = \dfrac13(\overrightarrow{OA} + \overrightarrow{OB} + \overrightarrow{OC}).
  • Tứ diện ABCDABCD: trọng tâm GG là điểm thoả GA→+GB→+GC→+GD→=0⃗\overrightarrow{GA} + \overrightarrow{GB} + \overrightarrow{GC} + \overrightarrow{GD} = \vec 0, hay với OO tuỳ ý OG→=14(OA→+OB→+OC→+OD→).\overrightarrow{OG} = \tfrac14\left(\overrightarrow{OA} + \overrightarrow{OB} + \overrightarrow{OC} + \overrightarrow{OD}\right). Gọi MM, NN là trung điểm ABAB, CDCD thì GG là trung điểm của MNMN (và của hai đoạn nối trung điểm các cặp cạnh đối còn lại); GG cũng chia mỗi đoạn nối đỉnh với trọng tâm mặt đối diện theo tỉ số 3:13:1 kể từ đỉnh.

4. Ba vectơ đồng phẳng

Ba vectơ a⃗\vec a, b⃗\vec b, c⃗\vec c (khác 0⃗\vec 0) là đồng phẳng nếu các giá của chúng cùng song song với một mặt phẳng (lấy chung một điểm đầu thì ba vectơ nằm trong cùng một mặt phẳng).

Nếu a⃗\vec a, b⃗\vec b, c⃗\vec c không đồng phẳng thì mọi vectơ d⃗\vec d trong không gian đều viết được duy nhất dạng d⃗=xa⃗+yb⃗+zc⃗\vec d = x\vec a + y\vec b + z\vec c (phân tích theo ba vectơ không đồng phẳng). Ví dụ trong hình hộp ABCD.A′B′C′D′ABCD.A'B'C'D', ba vectơ AB→\overrightarrow{AB}, AD→\overrightarrow{AD}, AA′→\overrightarrow{AA'} không đồng phẳng.

5. Tích vô hướng, độ dài, góc

Góc giữa hai vectơ u⃗\vec u, v⃗\vec v khác 0⃗\vec 0 trong không gian: lấy chung điểm đầu OO, OA→=u⃗\overrightarrow{OA} = \vec u, OB→=v⃗\overrightarrow{OB} = \vec v, góc AOB^\widehat{AOB} (từ 0∘0^\circ đến 180∘180^\circ), kí hiệu (u⃗,v⃗)(\vec u, \vec v). Hai vectơ chung gốc luôn nằm trong một mặt phẳng, nên mọi công thức của lớp 10 giữ nguyên:

02Tóm tắt

Nội dungKết quả
Quy tắc hình hộpAB→+AD→+AA′→=AC′→\overrightarrow{AB} + \overrightarrow{AD} + \overrightarrow{AA'} = \overrightarrow{AC'}
Trọng tâm tứ diệnOG→=14∑OA→\overrightarrow{OG} = \dfrac14\sum\overrightarrow{OA}; GG là trung điểm đoạn nối trung điểm hai cạnh đối
Đồng phẳngc⃗=ma⃗+nb⃗\vec c = m\vec a + n\vec b (a⃗\vec a, b⃗\vec b không cùng phương)
Phân tíchba vectơ không đồng phẳng biểu diễn duy nhất mọi vectơ
Độ dàiAB2=AB→2AB^2 = \overrightarrow{AB}^2
Góc, vuông góccos⁡=u⃗⋅v⃗∣u⃗∣ ∣v⃗∣\cos = \dfrac{\vec u\cdot\vec v}{\lvert\vec u\rvert\,\lvert\vec v\rvert}; u⃗⋅v⃗=0\vec u\cdot\vec v = 0

03Mở rộng

Toạ độ trong không gian. Chọn gốc OO và ba trục đôi một vuông góc OxOx, OyOy, OzOz thì mỗi điểm có ba toạ độ (x;y;z)(x; y; z), và AB→=(xB−xA; yB−yA; zB−zA)\overrightarrow{AB} = (x_B - x_A;\, y_B - y_A;\, z_B - z_A), u⃗⋅v⃗=x1x2+y1y2+z1z2\vec u\cdot\vec v = x_1x_2 + y_1y_2 + z_1z_2, ∣u⃗∣=x2+y2+z2\lvert\vec u\rvert = \sqrt{x^2+y^2+z^2}. Với hình lập phương, hình chóp có cạnh bên vuông góc đáy, đặt toạ độ rồi tính là cách kiểm tra mọi kết quả ở các bài sau. Em sẽ học đầy đủ ở lớp 12.

Tiếp theoPhương pháp →